Seit mehr als 30 Jahren gestaltet das Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT die additive Metallfertigung mit zukunftsweisenden System- und Prozessinnovationen. Auf der Formnext vom 18. bis 21. November 2025, in Halle 11, Stand D31, stellt das Laserinstitut sein umfassendes Portfolio vor, das sich auf die wichtigsten Herausforderungen der Industrie konzentriert, Kosten senkt, Nacharbeit reduziert und Bauteile robuster macht: von hochfesten Wolframbauteilen und Multimaterialansätzen für extrem beanspruchte Teile in Fusionsanwendungen über hochproduktive simultane Beschichtungs- und Veredelungsprozesse, die Zeit und Energie sparen, bis hin zu intelligenten Strukturen wie gedruckten Sensoren, die Metallbauteile in intelligente Teile verwandeln.
"Ob Demonstrator oder Serienproduktion, das Ziel der Entwicklungen am Fraunhofer ILT ist es typischerweise, Prozesse schneller und robuster zu machen und gleichzeitig die Bauteilqualität zu gewährleisten", erklärt Dr. Tim Lantzsch, Leiter der Abteilung Laser Powder Bed Fusion (LPBF) am Fraunhofer ILT.
Die Exponate auf der Formnext 2025 veranschaulichen diesen Ansatz entlang der gesamten Prozesskette: ein Aluminium-Scandium-Verteilergehäuse für Brennstoffzellen, ein von LPBF hergestellter optischer Träger für Satelliten, ein 2-kW LCoS-Experimentaufbau für frei formbare Strahlprofile und LPBF-Strukturen mit einstellbarer Porosität.
Beim selektiven Lasersintern (SLS) liegt der Fokus auf der Prozessentwicklung für neue Materialien. Die flexiblen Laborsysteme am Fraunhofer ILT können bereits sehr kleine Mengen Pulver verarbeiten, wie zum Beispiel sehr weiche thermoplastische Polyurethane (TPU) und Formgedächtnispolymere. Ziel ist es, Eigenschaften gezielt anzupassen und robuste Parameter für neue Anwendungen und Serienfertigung zu bestimmen.
"Wir denken über additive Fertigung aus der Perspektive der Bauteilfunktion nach, verbinden Material, Prozess und Daten, reduzieren die Kosten pro Teil und erhöhen Qualität und Verfügbarkeit." Wir verstehen uns als Problemlöser und Prozessentwickler von der Ideenphase bis hin zur stabilen Produktion beim Industriepartner, so Lantzsch weiter.
Wolframkomponenten für Fusionsenergie
Plasmaexponierte Bauteile in Fusionsreaktoren wie Reaktorwandpanzerung müssen zyklischen thermischen Belastungen von bis zu etwa 20 MW/m2 und intensiver Strahlung standhalten. Unter diesen extremen Bedingungen ist praktisch nur reines Wolfram geeignet. Bisher hat das Material jedoch die Verwendung einfacher Geometrien und komplexer Fügelösungen erzwungen. Unterschiede in der thermischen Ausdehnung führen dazu, dass Lötverbindungen unter thermischen Zyklen versagen, was die Lebensdauer und die Systemverfügbarkeit reduziert.
Das DURABLE-Projekt geht genau darauf ein. Additive Verfahren ermöglichen monolithische oder Multimaterial-Bauteile aus Wolfram und Kupferlegierung mit einem kontinuierlichen Wärmeweg anstelle von kritischen Fügezonen. Die Prozesssteuerung ist entscheidend: Neue Systemtechnik und Parameterfenster ermöglichen nahezu rißfreie, hochdichte Wolframstrukturen in PBF-LB/M. Dadurch können komplexe Geometrien mit konformer Kühlung ermöglicht werden.
"Der Vorteil liegt in einer längeren Lebensdauer der Komponenten, weniger Nacharbeit und geringerem Risiko an Verbindungspunkten."—Voraussetzung dafür, Wartungsintervalle zu verlängern und Kosten pro Betriebsstunde zu senken, sagt Niklas Prätzsch, Gruppenleiter LPBF Prozess- und Systemtechnik am Fraunhofer ILT.
Optimierung von Oberflächen in einem Schritt
Viktor Glushych, Gruppenleiter für LMD-Beschichtung und Wärmebehandlung am Fraunhofer ILT, verfolgt mit der Extreme High-Speed Laser Metal Deposition (EHLA) einen bahnbrechenden neuen Ansatz. Der Prozess beschichtet schnell und ressourceneffizient, aber die Bearbeitung ist normalerweise danach erforderlich. "Simultaneous Coating and Roller Burnishing" (SCaRB) kombiniert EHLA mit Rollishing in einem einzigen Schritt. Während die aufgetragene Schicht noch warm ist, überstreicht ein Walzwerkzeug die Oberfläche, verdichtet sie plastisch und glättet Rauhigkeitsspitzen. Dadurch entsteht eine dichte Oberflächenschicht mit Druckeigenspannung und hoher Oberflächenqualität—ohne Materialentnahme oder zusätzliche Einrichtung.
"Das spart Zeit, Werkzeuge und Material", erklärt Glushych. "Gleichzeitig ermöglicht SCaRB eine gezielte Beeinflussung von Mikrostruktur und Eigenspannungen." Dies verbessert die Verschleiß- und Korrosionsbeständigkeit und erhöht die Ermüdungsfestigkeit beschichteter Bauteile. Auf der Formnext präsentiert das Fraunhofer ILT einen EHLA-Roll-Demonstrator, der diesen kombinierten Prozess live zeigt.
PFAS-freie Multimaterialbeschichtungen
Neben reinen Metallschichten können auch mehrschichtige Schichten aus unterschiedlichen Materialien aufgebracht werden. Hier werden EHLA-Metallbeschichtungen mit dem Aufbringen einer PEEK-Schicht kombiniert, um funktionelle Verbundschichten zu erzeugen. PEEK ist ein fluorfreies Hochleistungspolymer und eine attraktive Alternative zu PFAS-Beschichtungen. "Die Neuheit liegt darin, die Restwärme aus dem EHLA-Prozess zu nutzen, um im unmittelbar folgenden Schritt eine abgeschiedene PEEK-Schicht aufzuschmelzen", erklärt Rebar Hama-Saleh Abdullah, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Fraunhofer ILT. Eine am Institut entwickelte Düsentechnologie ermöglicht eine homogene Anwendung. "Dieses Hybrid-Beschichtungssystem vereint die Eigenschaften von zwei individuell einstellbaren Funktionsschichten."
Die EHLA-Metallschicht kann als Korrosionsschutz (z.B. in Kolben), als Notlaufschicht (z.B. in Windkraftanlagen) oder als wärmeleitende Zwischenschicht dienen. Die aufgebrachte PEEK-Schicht dient in Abhängigkeit von zugesetzten Additiven als Trennschicht, Gleitschicht oder zusätzlicher Korrosionsschutz. "Die Haftung zwischen Metall und Polymer wird durch mechanische Verzahnung des Kunststoffs mit der durch EHLA erzeugten bewusst rauhen Oberfläche erreicht", erklärt Dr. Christian Vedder, Leiter der Abteilung Oberflächentechnik und Materialentfernung am Fraunhofer ILT.
Gedruckte Sensoren, intelligente Komponenten
In der additiven Fertigung werden Bauteile Schicht für Schicht aufgebaut, wodurch Bereiche zugänglich werden, die von außen nicht erreichbar sind. Dies ermöglicht die direkte Integration von Sensoren in Metallteile, wie gedruckte Dehnmessstreifen in LPBF-Bauteilen. Sensorschichten werden durch Inkjet-, Aerosol-Jet- oder Klotzdruck hergestellt und können während oder nach dem Bauprozess mit präziser Positionierung aufgebracht werden. Die daraus resultierenden intelligenten Komponenten liefern Echtzeitdaten über Belastungen, Verformungen oder den Beginn der Rissbildung.
Diese Sensoren befinden sich genau dort, wo Daten am wertvollsten sind—auch in Zonen, die mit der konventionellen Fertigung nicht erreichbar sind, sagt Dr. Samuel Moritz Fink, Gruppenleiter Dünnschichtprozesse am Fraunhofer ILT. "Dies ermöglicht eine Zustandsüberwachung im Betrieb, eine vorausschauende Wartung und eine höhere Betriebssicherheit." Gleichzeitig wird der Systemaufwand reduziert, da auf separate Baugruppen, Kabel oder externe Messpunkte verzichtet werden kann. Zielbranchen reichen von Luft- und Raumfahrt und Energie bis hin zum Maschinenbau.
Problemlöser und Prozessentwickler
Für Unternehmen, die in der additiven Metallfertigung tätig sind, sind hohe Stückkosten, komplexe Anwendungsentwicklung sowie die Qualifizierung und Zertifizierung von Prozessen für die Serienproduktion zentrale Herausforderungen. Genau hier setzt das Fraunhofer ILT an: Engpässe erkennen, stabile Prozesse entwickeln und Anwendungen schnell in die Produktion überführen.—von ersten funktionalen Prototypen bis hin zur robusten Fertigung beim Kunden.
"Neue Materialien sind der Schlüssel zur Herstellung der besonderen Stärken von SLS"—maximale Gestaltungsfreiheit und Freiheit von Stützstrukturen—in immer mehr Branchen nutzbar. Mit unseren modifizierten Maschinen können wir diese Materialien effizient qualifizieren und so das Hühner-Ei-Problem industrieller Systeme überwinden, erklärt Vera Rothmund von der Application Development Group am Fraunhofer ILT.
„Am Fraunhofer ILT verstehen wir uns als Partner der Industrie. Wir entwickeln maßgeschneiderte Prozesse und Technologien, um die wichtigsten Herausforderungen im 3D-Metalldruck zu lösen—Von Produktivität und Qualitätssicherung bis hin zu Wirtschaftlichkeit—gemeinsam mit Unternehmen, sagt Dr. Thomas Schopphoven, Leiter der Abteilung Laserverkleidung am Fraunhofer ILT.
